聚合氯化铝中纳米Al13电荷特性及其混凝效果

采用聚丙烯酰胺凝胶柱层析法分离纯化聚合氯化铝(PAC)中的Al₁₃形态,并采用Al-Ferron逐时络合比色法和ZATESIZER 3000HSA测定仪对分离所得纳米Al₁₃形态以及AlCl₃和PAC进行了分析表征和电荷特性的对比性研究;采用烧杯实验法对3个样品处理实际和模拟水样的混凝效果进行了对比性研究.Al-Ferron逐时络合比色法的结果表明,采用层析法分离可得到含量99%左右的纳米Al₁₃形态;电荷特性和混凝效果研究结果表明纳米Al₁₃形态较其它两者具有更好的除浊、除腐殖酸和脱色效果并且具有更强的电中和能力,因此Al₁₃形态是一种具有较高正电荷和较高的水解稳定性,在给水和废水处理中的一种较为有效的Al形态.     

聚合氯化铝中纳米Al13形态的分离纯化及形态表征

采用超滤法和层析法分离纯化聚合氯化铝(PAC)中的Al₁₃形态,并采用Al-Ferron逐时络合比色法、²⁷Al-NMR、TEM和粒度测定仪对分离纯化所得的Al₁₃形态进行了分析和表征.研究结果表明,超滤法分离纯化的效果受超滤膜的孔径及PAC浓度的影响,选择合适孔径的膜和PAC溶液浓度即可以获得高纯度的Al₁₃,在层析法中则随着洗脱时间延长按分子的大小依次洗脱下来,因此截取中间组分即可得到Al₁₃;Al-Ferron逐时络合比色法和²⁷Al-NMR的分析结果表明,采用上述2种方法分离提纯得到的样品中Al₁₃的含量分别可达到90%以上和100%.TEM和粒度测定结果表明,在B=2.5的PAC溶液中,Al₁₃极少以Al₁₂AlO₄(OH)₂₄(H₂O)⁷⁺₁₂的单体形态存在,而是呈两维结构的线性和枝状的聚集体,Al₁₂AlO₄(OH)₂₄(H₂O)⁷⁺₁₂的聚集体尺寸通常在几十至几百nm.     

化学沉淀分离-置换法提纯Al13的工艺研究

采用AlCl₃溶液和Na₂CO₃粉末在不同温度下制备了不同浓度的聚合氯化铝(PACl). 以选定的中等浓度、高Al₁₃含量的PACl为原液,研究了Al₁₃与硫酸盐沉淀反应过程中SO₄/Al摩尔比、反应体系起始总铝浓度的影响以及Al₁₃硫酸盐与Ba(NO₃)₂置换反应过程中的Ba/SO₄摩尔比、超声、温度等因素的影响. 实验结果表明,在制备温度为50℃条件下,浓度在0.4～0.6　mol/L范围的PACl含有较高的Al₁₃. 沉淀分离反应的最佳SO₄/Al摩尔比为0.6∶1;生成的 Al₁₃硫酸盐沉淀物为正四面体状晶体. 在Al₁₃硫酸盐与Ba(NO₃)₂溶液置换反应过程中,Ba/SO₄的最佳摩尔比为1∶1,反应温度及超声作用对置换反应的影响较小;提高Ba(NO₃)₂的起始浓度可以得到相应较高浓度的纯化Al₁₃溶液. 所得Al₁₃纯度的统计平均值为92.1％.     

Al13改性羟基磷灰石的除氟性能研究

为了提高羟基磷灰石（HAP）的除氟效果,采用化学沉淀法合成3种不同Al/Ca值的Al₁₃改性后的HAP吸附材料,并对其进行XRD、FTIR、SEM、BET等表征,考察吸附过程中pH的影响,同时通过吸附热力学、吸附动力学等探讨了其除氟性能.结果表明,Al₁₃-HAP材料比HAP更加疏松多孔,当Al/Ca=0.7时,比表面积增大到了137.2 m²·g^-1,孔容增大到0.8217 cm³·g^-1.FTIR结果表明,Al₁₃的掺入给吸附材料中带入了大量—OH.根据Al₁₃-HAP吸附F^-前后的表征,F^-主要通过配体交换取代Al₁₃-HAP中的—OH从环境中被去除.当Al/Ca=0.4时,Al₁₃-HAP最大除氟效果达到5.03 mg·L^-1;零电荷点pH_PZC为8.46,大于HAP的pH_PZC,具体表现为对天然水体pH值适用性较广.吸附过程与Langmuir吸附模型以及拟二级动力学模型契合度高,这也证实了化学吸附为主要作用,吸附热力学结果表明Al₁₃-HAP吸附氟是自发的吸热过程.     

聚合氯化铝中Alb形态去除腐殖酸的效果及机制研究

Al_b形态［Al₁₂AlO₄(OH)₂₄⁷⁺］是聚合氯化铝（polyaluminium chloride, PAC）水解-聚合作用中形成的一种粒度小、所带正电荷多、聚集程度高及分子量大的多核羟基配合物.本试验采用乙醇-丙酮混合沉淀法分离PAC溶液中各种铝形态,提纯出Al_b形态（Al_b絮凝剂）.研究投加量、pH及无机离子对Al_b絮凝剂处理腐殖酸模拟水样絮凝效果的影响,并利用光散射颗粒分析仪（PDA2000）测定Al_b絮凝剂对腐殖酸絮凝过程中絮体的形成与增长过程的动态变化,结合絮体的Zeta电位,对Al_b絮凝剂的絮凝机制进行了初步探讨.结果表明,当投加量为4.3～6.3 mg/L、pH值为3.0～6.0时,Al_b絮凝剂处理腐殖酸模拟水样达到最佳絮凝效果;NH⁺₄、SiO^2-₃、H₂PO^-₄的存在明显抑制其絮凝性能.絮凝动力学过程和絮体Zeta电位表明,Al_b絮凝剂在水处理中主要是通过电中和作用和吸附网捕卷扫作用共同起絮凝作用的.     

Al13形态在混凝中的作用机制

从铝的水解形态转化角度考察了铝盐在高碱度和高有机物浓度水体中的混凝行为.结果表明,铝盐的混凝效能是与混凝过程中的Al₁₃含量成正比.高投药量时氯化铝(AlCl₃)既可以有效调节水体pH值又能在混凝过程中原位水解产生较多的Al₁₃形态,因而混凝效能要高于聚合氯化铝(PACl).在铝盐混凝中,调节pH值到6～7之间可以控制铝形态分布从而达到提高混凝效能和减少残留铝的目的.在调节pH值强化混凝的方法中使用传统铝盐的效果要好于无机高分子絮凝剂.     

羟基聚合氯化铝铁溶液的形态转化规律

采用改进的 Al-Fe-Ferron逐时络合比色法和酸滴定实验研究了典型羟基聚合铝铁(n_Al/n_Fe=9∶1,5∶5)溶液的形态转化 .结果表明 ,羟基聚合铝铁的形态转化主要由 n_Al/n_Fe值、碱化度和熟化等因素决定 ;羟基聚合铝铁的形态转化特征是优势形态之间的转变 ;当n_Al/n_Fe>5∶5,随碱化度的升高 ,[Al+Fe]_a和 [Al+Fe]_b 2类形态逐渐占优势 ;随n_Al/n_Fe值的减小 ,[Al+Fe]_a和 [Al+Fe]_c增加 ,而 [Al+Fe]_b 减少 .讨论了羟基聚合铝铁的形态转化规律 .     

Al2O3为载体的催化剂净化贫燃汽车尾气研究

在富氧条件下,考察了C₃H₆和C₂H₅OH在Ag/Al₂O₃、In/Al₂O₃、Sn/Al₂O₃、Co/Al₂O₃、Pt/Al₂O₃和Ag/Al₂O₃+Pt/Al₂O₃组合催化剂上选择性还原NO的性能.结果表明,Ag/Al₂O₃具有最高的NO还原活性.在负载型过渡金属氧化物催化剂上,会生成显著量的CO,其HC和CO氧化转化温度也远远高于Pt/Al₂O₃催化剂.串联组合Ag/Al₂O₃+Pt/Al₂O₃催化剂可显著拓宽活性温度范围,促进HC和CO氧化,降低N₂O和CH₃CHO生成量.     

纳米Al13的分离方法及混凝效果动态过程的研究

以相同Al13含量、不同浓度的PAC为原料,利用乙醇-丙酮混合溶剂法、SO4^2-／Ba^2 沉淀置换法以及柱层析法分离提纯纳米Al13形态,同时利用Al-Ferron逐时络合比色法、^27Al-NMR等多种现代分析手段进行分析鉴定,比较其分离效果,并采用烧杯实验法和透光率脉动检测技术对Al13形态以及PAC、AlCl3的絮凝效果及絮凝过程中絮集物形成和增长的变化差异作了对比性研究．实验结果表明,乙醇．丙酮混合溶剂法对Al13分离纯化效果最好,分离所得Al13平均粒径大,聚合程度高．柱层析法受柱体积的影响只对低浓度的PAC有较好的分离效果;SO4^2-／Ba^2 沉淀置换法虽具有较好的分离效果,但分离过程有其他杂质离子的加入,影响到产品品质．混凝效果和动态实验结果表明,Al13形态是在絮凝过程中起电中和作用的主要形态,具有较强的除浊及脱色能力,在混凝过程中当絮体受到剪切力的破坏时Al13形态比PAC和AlCl3具有更强重新絮凝的能力．     

铝系混凝剂优势形态分析及其混凝特性

聚合氯化铝（PACl）是常用的水处理混凝剂,在应用过程中通常表现出比传统铝盐更为优异的效果.研究表明,这种优异性能主要得益于其特殊的组成,特别是高分子聚合物Al₁₃和Al₃₀独特的物化特性.Al₁₃和Al₃₀是铝离子水解过程中的中间产物,在地球科学和环境化学等领域有着重要的研究价值.于水处理而言,二者的结构和分子特性是研究者关注的重点,大量研究基于此展开,很多重要的发现为实际应用奠定了基础.基于对PACl及其组成性质的研究,本文对PACl的混凝特性及其优势形态分子的分析进行了综合阐述.     

Separating method and dynamic processes of Nano-Al13

In order to investigate the characteristics of pure Nano-Al₁₃, Nano-Al₁₃ was separated and purified from a series of poly-aluminum chloride (PAC) solutions which had the same Al₁₃ percentage but different total Al concentrations, by using column chromatography, ethanol-acetone resolving and SO²⁻ ₄/Ba²⁺ displacement. The Al₁₃ species yield was characterized by Al-ferron timed complexation spectrophotometry and ²⁷Al-NMR (nuclear magnetic resonance). The coagulation efficiency of Nano-Al₁₃, PAC and AlCl₃ in synthetic water was also investigated by Jar tests. The dynamic process and aggregation state of kaolin suspensions coagulating with Nano-Al₁₃, PAC and AlCl₃ were similarly investigated using a photometric dispersion analyzer 2000 (PDA2000). The experimental results indicated that the ethanol-acetone resolving method was simple and could separate the PAC solution at different concentrations, while column chromatography could separate PAC solutions at low concentrations. The SO₄ ²⁻/Ba²⁺ displacement method could separate PAC solutions at high concentrations. However, extra inorganic cation and anion could be added in the solution during separation. The coagulation efficiency and dynamic experimental results showed that Nano-Al₁₃ with high positive-charged species was effective in removing turbidity and color. The dynamic process results showed that Nano-Al₁₃ also had the best recovery capability after shearing compared with PAC and AlCl₃ because the Nano-Al₁₃ conformation is more effective in charge neutralization. Translated from Acta Scientiae Circumstantiae, 2005, 25(6): 767–772 [译自: 环境科学学报]     

Purification and characterization of Al13 species in coagulant polyaluminum chloride

Nano-Al₁₃ was separated and purified by four methods to investigate its characteristic, and was analyzed by Al-Ferron timed complexation spectrophotometer,²⁷ Al-NMR (nuclear magnetic resonance), and transmission electron microscopy (TEM). Coagulation efficiency of nano-Al₁₃, polyaluminum chloride (PAC), and AlCl₃ in synthetic water were also investigated by jar test. The dynamic process and aggregation state of kaolin suspensions coagulating with nano-Al₁₃, PAC, and AlCl₃ were also investigated. The experimental results indicated that the efficiency of gel column chromatography method was the highest for separating PAC solution with low Al concentration. Ethanol and acetone method was simple and could separated PAC solution with different Al concentrations, while silicon alkylation white block column chromatography method could separate PAC solution only with low Al concentration. The SO₄²−/Ba²⁺ displacement method could separate PAC solution with high Al concentration, but extra inorganic cation and anion could be introduced into the solution during the separation. The coagulation efficiency and dynamic experimental results showed that nano- Al₁₃ with a high positive-charged species was the main species of electric neutralization in coagulation process, and it could reduce the turbidity and increase the effective particles collision rate efficiently in coagulation process. Its coagulation speed and the particle size of coagulant formed were of greatest value in this study.     

不同铝形态去除水中腐殖酸的混凝特性

制备了碱化度为2.4、以Al13,为主要成分的聚合铝PAC-All13和碱化度为2.4、以Al30为主要成分的高聚聚合铝PAC-Al30.采用烧杯混凝实验,通过絮体颗粒生长、电中和能力、pH和混凝剂投量对混凝效果的影响,比较了PAC-Al30、PAC-Al13,和AIC3,混凝去除水中腐殖酸的行为,并考察了水中残留铝的含量.实验结果表明,3种混凝剂的絮体形成能力由强到弱为PAC-Al30>PAC-Al13>AlCl3.与AlCl3相比, PAC-Al13和PAC-Al30的适用pH范围更宽,为5.0～8.0.PAC-Al30和PAC-Al13,的电中和能力差别不明显;由于更强的吸附和架桥作用,在低投量下PAC-Al30表现出更好的混凝效果,而且PAC-Al30比AlCl3和PAC-Al13有更宽的有效投量范围,为0.08～0.64mmol/L.对于腐殖酸含量为10m/L的水样,在pH为7.0,投量为0.16mmol/L下, PAC-Al30对腐殖酸去除率达到98.5%,此时出水残留铝浓度为0.066mg/L.结果证实Al30是可用于水中腐殖酸去除的一种新型的混凝/絮凝活性成.     

聚合氯化铝与有机高分子复合絮凝剂的形态分布研究——AlFerron和~(27)AlNMR相结合

主要研究了Ａｌ－Ｆｅｒｒｏｎ逐时络合比色法和＾２７Ａｌ－ＮＭＲ法应用于聚合铝与有机高分子复合絮凝剂形态分布的测定，结果表明，两种方法分别测定的Ａｌｂ和Ａｌ１３的结果具有一定的相关性；聚合铝与有机高分子复合后其形态分布发生了一定的变化，Ａｌｂ（或Ａｌ１３）的含量有所降低，但仍是优势形态，Ａｌａ（或Ａｌ单）的含量基本保持不变。     

藻形态及混凝剂组成对混凝-超滤过程的影响

为了保证藻类暴发阶段优质的饮用水供应,提高藻类的去除率,缓解藻类对水处理过程的影响,本研究以铜绿微囊藻(蓝藻)、小球藻(绿藻)和小环藻(硅藻)这3种不同形态藻细胞为研究对象,使用了3种具有不同铝形态分布的混凝剂[Al_2(SO_4)_3(AS)、Al_(13)、Al_(30)]进行混凝-超滤实验.在分离胞外有机物(EOM)的情况下,考察混凝过程中絮体的特性(粒径,强度因子,恢复因子)以及不同条件下形成的絮体对膜通量的影响.结果表明Al_(13)与Al_(30)的混凝作用以静电簇作用为主导,AS主要是以电中和作用为主导.对于铜绿微囊藻与小球藻体系,由于藻颗粒表面存在一定的凹陷,当Al_(13)与Al_(30)做混凝剂时,在投加量较低的情况下,吸附在颗粒表面凹陷处的混凝剂“失活”,其他部位由于仍带有一定的负电荷而造成絮体形成不明显,而AS做混凝剂时,混凝机制主要是电中和作用,可以明显降低颗粒之间的排斥力,在较低投加量下即可形成絮体.对于小环藻体系,由于其藻细胞呈现光滑的表面,Al_(13)与Al_(30)可有效发挥其静电簇作用机制,絮体在较低投加量下即可有效形成.膜通量与絮体粒径有明显的相关性,絮体粒径越大,超滤过程中形成的沉积层越疏松,膜比通量越大.     

Optimum conditions for the formation of Al13 polymer and active chlorine in electrolysis process with Ti/RuO2-TiO2 anodes

A polyaluminum containing a high concentration of Al₁₃ polymer and active chlorine (PACC) was successfully synthesized by a new electrochemical reactor using Ti/RuO₂-TiO₂ anodes. PACC can potentially be used as a dual-function chemical reagent for water treatment. The obtained results indicated that the formation of Al₁₃ polymer and active chlorine, were the most active components in PACC responsible for coagulation and disinfection respectively. These components were significantly influenced by electrolyte temperature, current density, and stirring rate. It was observed that high electrolyte temperature favored the formation of Al₁₃. Increasing current density and stirring rate resulted in high current efficiency of chlorine evolution, thus favoring the generation of Al₁₃ and active chlorine in PACC. When the PACC (Al_T = 0.5 mol/L, basicity = 2.3) was prepared at the optimum conditions by electrolysis process, the Al₁₃ polymer and active chlorine in product reached above 70% of Al_T and 4000 mg/L, respectively. In the pilot scale experiment with raw polyaluminum chloride used as an electrolyte, PACC was successfully prepared and produced a high content of Al₁₃ and active chlorine products. The pilot scale experiment demonstrated a potential industrial approach of PACC preparation.     

小型池塘水-气界面CH4冒泡通量的观测

为了量化亚热带浅水养殖塘CH_4冒泡通量占CH_4总通量的比例,选取安徽省全椒县两个小型池塘为研究对象,采用倒置漏斗法和顶空平衡法,自2016年7月28日至8月13日观测夏季水-气界面的CH_4通量.结果表明,两个池塘CH_4冒泡通量分别是121.78 mg·(m~2·d)~(-1)和161.08 mg·(m~2·d)~(-1),CH_4扩散通量分别是3.38 mg·(m~2·d)~(-1)和3.79 mg·(m~2·d)~(-1),CH_4冒泡通量占总通量比例分别是97.5%和96.4%.CH_4冒泡通量具有高度空间异质性,A塘CH_4冒泡通量的变化范围为0.11~446.90 mg·(m~2·d)~(-1),B塘CH_4冒泡通量变化范围为0.05~607.51 mg·(m~2·d)~(-1).两个池塘的气体冒泡速率都是白天高于夜间,主要受风速控制.对于较浅的池塘,在小时尺度上,CH_4冒泡通量的主要影响因素是风速;在日尺度上,CH_4冒泡通量的主要影响因素是风速和水深,其中CH_4冒泡通量与风速呈正相关关系,与水深呈负相关关系.不同纬度的水体CH_4冒泡通量不同,中纬度地区的淡水环境比高纬度地区CH_4冒泡通量更高.通过观测手段量化小型浅水池塘CH_4冒泡通量,可以为准确估算内陆水体对区域和全球碳循环的贡献提供数据支持和理论参考.